核心素養(yǎng)視角下學(xué)生深度學(xué)習(xí)的物理教學(xué)實(shí)踐與研究
——以“溫度”一節(jié)教學(xué)為例

張 琴

(宜昌市教育科學(xué)研究院 湖北 宜昌 443000)

張恩華

(金東方初級(jí)中學(xué) 湖北 宜昌 443000)

1 引言

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，它集中體現(xiàn)了物理學(xué)科的教育價(jià)值,是現(xiàn)階段物理教學(xué)的終極目標(biāo).深度學(xué)習(xí)(deep learning)最初起源于人工智能領(lǐng)域，是機(jī)器學(xué)習(xí)的分支，研究人員發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程與計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)原理有諸多相似，所以深度學(xué)習(xí)被遷移發(fā)展到教育領(lǐng)域，形成了培育學(xué)生核心素養(yǎng)最重要的手段和方法.

深度學(xué)習(xí)依托以生活實(shí)際情境和實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，運(yùn)用科學(xué)思維，解決真實(shí)問題，獲得核心知識(shí)，理解學(xué)習(xí)的過程，把握學(xué)科的本質(zhì)，形成積極的態(tài)度和正確的價(jià)值觀.可以看出，深度學(xué)習(xí)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的情境、關(guān)注學(xué)科內(nèi)涵和思維方法、關(guān)注問題的解決，直指核心素養(yǎng)的各個(gè)方面.我們?cè)诤诵乃仞B(yǎng)視角下對(duì)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)做了一系列的研究與實(shí)踐，主要包括研究課標(biāo)了解學(xué)情、創(chuàng)設(shè)情境引入新課、重視實(shí)驗(yàn)手腦并用，注重提高水平，切實(shí)落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng).下面以人教版教科書《物理》八年級(jí)上冊(cè)“溫度”為例加以闡述.

2 教學(xué)實(shí)踐研究

2.1 研讀課標(biāo)了解學(xué)情 準(zhǔn)確定位教學(xué)目標(biāo)

2.1.1 課標(biāo)要求及教材分析

本節(jié)課是人教版《物理》八年級(jí)上冊(cè)第三章物態(tài)變化的起始節(jié)，是小學(xué)科學(xué)相關(guān)知識(shí)的延續(xù)，也為后面各種物態(tài)變化的研究做好鋪墊，起著承前啟后的作用.課標(biāo)要求說出生活環(huán)境中常見的溫度值，了解液體溫度計(jì)的工作原理，會(huì)用常見溫度計(jì)測(cè)量溫度，嘗試對(duì)環(huán)境溫度問題發(fā)表自己的見解.

2.1.2 學(xué)情分析

學(xué)生在小學(xué)科學(xué)課中已經(jīng)學(xué)習(xí)過溫度，在日常生活中也經(jīng)常會(huì)涉及到溫度，已具備一定的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)溫度計(jì)的使用有了一定的了解，但對(duì)于溫度計(jì)的原理還不能準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，對(duì)其使用規(guī)范還比較欠缺.

2.1.3 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)以上分析，確定本節(jié)內(nèi)容教學(xué)培育學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)如下.

物理觀念：(1)通過閱讀課本、小組分享知道溫度的定義、符號(hào)、常用單位等；

(2)通過活動(dòng)體驗(yàn)知道人的感覺是不可靠的并生成測(cè)量溫度的意識(shí).

科學(xué)思維：通過自制溫度計(jì)的分析、使用、改進(jìn)過程明確常用溫度計(jì)的原理，并通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的深度剖析培養(yǎng)學(xué)生的深度思維能力.

科學(xué)探究：通過自主學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的估測(cè)能力，掌握溫度計(jì)的使用方法，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作及競爭意識(shí).

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過溫室效應(yīng)的課外拓展及其他溫度計(jì)的介紹和講解，開闊學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生明白物理與生活息息相關(guān)并養(yǎng)成節(jié)能環(huán)保的意識(shí).

2.2 知識(shí)回顧定義溫度 創(chuàng)設(shè)情境引入新課

【學(xué)生活動(dòng)1】根據(jù)小學(xué)科學(xué)課中所學(xué)及生活中的了解說說溫度的定義、符號(hào)、單位、攝氏溫度的定義等，相互交流糾錯(cuò)，教師進(jìn)行規(guī)范.

提出問題：熱的物體溫度高，冷的物體溫度低.中國有句古話說到“如人飲水，冷暖自知”，大家覺得如果僅僅憑借人對(duì)冷熱的感知判斷溫度的高低是否可靠？

生：不可靠！

教師追問：你有能佐證的生活體驗(yàn)嗎？

學(xué)生分享相關(guān)經(jīng)歷.

師：沒有相關(guān)體驗(yàn)的同學(xué)也沒有關(guān)系，老師今天帶來了實(shí)驗(yàn)器材讓大家現(xiàn)場體驗(yàn)一下.每個(gè)小組的桌面上有3杯水，1杯熱水，1杯冰水，1杯常溫水，請(qǐng)同學(xué)們先根據(jù)感知判斷出來，之后將兩根手指同時(shí)伸進(jìn)熱水和冰水中稍等一段時(shí)間，然后同時(shí)放在溫水中，看看有什么感受.

【學(xué)生活動(dòng)2】學(xué)生分組動(dòng)手體驗(yàn).

活動(dòng)反饋：學(xué)生兩根手指對(duì)溫水的感知并不相同，得出人的感知并不可靠，要準(zhǔn)確判斷溫度的高低，需要使用工具進(jìn)行測(cè)量.

評(píng)析：情境構(gòu)架起物理知識(shí)與實(shí)踐之間的橋梁，深度學(xué)習(xí)的發(fā)生是學(xué)生以知識(shí)為媒介，在與學(xué)習(xí)情境構(gòu)建起交互對(duì)話的過程中進(jìn)行的概念重建[1].注重學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用.本案例以學(xué)生源于生活的感知和實(shí)驗(yàn)探究的真實(shí)體驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境提出溫度的準(zhǔn)確描述問題，體現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)的主要特征.

2.3 實(shí)驗(yàn)感知制作原理 連問追問啟發(fā)思維

師：溫度的測(cè)量需要使用工具，下面我們就嘗試去做一做這個(gè)工具.可是溫度是不可見的，我們?cè)趺达@現(xiàn)它呢？

啟發(fā)：溫度的改變會(huì)引起物體發(fā)生什么變化嗎？

生：生活中有熱脹冷縮現(xiàn)象，溫度的變化會(huì)引起物體體積的變化.

師：好，那我們就嘗試用可以觀察到的物體體積的變化去顯示不可見的溫度的變化，這種研究方法叫做轉(zhuǎn)換法.同學(xué)們的桌面上有一個(gè)我們根據(jù)熱脹冷縮的原理自制的溫度計(jì)(圖1)，可以描述物體溫度的高低.請(qǐng)將它先后放在熱水和冰水中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

圖1 自制的溫度計(jì)

【學(xué)生活動(dòng)3】分組實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象.

活動(dòng)反饋：放在熱水中，玻璃管中液面會(huì)上升；放在冰水中，玻璃管中的液面會(huì)下降.

問1：剛才大家把小瓶放在水中測(cè)出了水的溫度沒有？

生：沒有.

問2：要想測(cè)出具體溫度，這個(gè)裝置還缺少什么？

生：缺少刻度.

問3：如何根據(jù)攝氏溫度的定義給這個(gè)自制的溫度計(jì)標(biāo)上刻度呢？

小組討論后回答：將它放進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的冰水混合物中，待液面穩(wěn)定，在該處標(biāo)0 ℃，再將它放進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸水中，待液面穩(wěn)定，在此處標(biāo)100 ℃.

追問：如果放進(jìn)某熱水中，剛好在0 ℃和100 ℃的正中央，熱水的溫度是多少？

生：將0 ℃刻度線和100 ℃刻度線之間等分10格可知為50 ℃.

繼續(xù)追問：如果在40 ℃和50 ℃正中間呢？

生：再將它進(jìn)行細(xì)分，每大格再分成10小格.

師：這樣我們便能夠用這個(gè)自制的溫度計(jì)測(cè)量溫度了，但這個(gè)自制溫度計(jì)還存在一些問題，例如在測(cè)量液體的溫度時(shí)，由于小瓶內(nèi)裝的液體較多，也會(huì)對(duì)待測(cè)液體的溫度產(chǎn)生影響，怎么辦？

生：可以把瓶子變小一點(diǎn).

師：我們將它換成一個(gè)玻璃泡，但是玻璃泡內(nèi)裝的液體少了，升高一定溫度時(shí)，液體膨脹的體積也就小了，液面上升的高度也就會(huì)比較小，導(dǎo)致標(biāo)刻刻度不方便，怎么解決這個(gè)問題呢？

生：可以把玻璃管變細(xì).

師：在膨脹體積一定時(shí)，玻璃管內(nèi)液柱截面積越小，上升高度就越高，于是我們把它換成了一根毛細(xì)玻璃管，但是毛細(xì)玻璃管很容易斷，于是我們?cè)俳o它套上一個(gè)玻璃外殼，這樣就變成了我們今天常用的液體溫度計(jì).

評(píng)析：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生親自感受溫度計(jì)的制作原理，挖掘現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)，通過一系列的提問和追問啟發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷液體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)過程，使粗制溫度計(jì)到精準(zhǔn)溫度計(jì)的轉(zhuǎn)變過程自然而然、水到渠成，通過給學(xué)生的思維過程搭建階梯，使其“自覺而自為的建構(gòu)意義的學(xué)習(xí)”[2]，同時(shí)讓學(xué)生深刻體會(huì)轉(zhuǎn)換法在物理研究中的應(yīng)用，理解和掌握科學(xué)方法，大力發(fā)展科學(xué)思維，有力促進(jìn)深度學(xué)習(xí).

2.4 自主學(xué)習(xí)準(zhǔn)確讀數(shù) 分組實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作

【學(xué)生活動(dòng)4】觀察實(shí)驗(yàn)室用溫度計(jì)的量程和分度值，根據(jù)讀數(shù)原理練習(xí)準(zhǔn)確讀數(shù)；閱讀教材P48面小資料，了解自然界中的一些溫度.

問：零下14 ℃，同學(xué)們感受過這樣的溫度嗎？學(xué)生回答：沒有.教師分享：在老師小的時(shí)候冬天還經(jīng)常有這么冷的時(shí)候，雪下得漫過膝蓋，玻璃上可以看到冰花，可是近些年來再也沒有見過了，現(xiàn)在全球氣溫升高，你們知道是為什么嗎？

生：溫室效應(yīng).

師：你們對(duì)溫室效應(yīng)有關(guān)心和了解嗎？知道它是怎么產(chǎn)生的嗎？

學(xué)生分享溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因之后，教師及時(shí)評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注生活、多讀課外書籍，引導(dǎo)學(xué)生談?wù)勗趺纯梢詼p緩溫室效應(yīng).學(xué)生分享，教師歸納：節(jié)能減排，植樹造林.

【學(xué)生活動(dòng)5】閱讀教材“用溫度計(jì)測(cè)量水的溫度”，了解溫度計(jì)的使用要點(diǎn).

交流評(píng)估：展示錯(cuò)誤操作的圖片讓學(xué)生用課本規(guī)范語言描述其中出現(xiàn)的操作錯(cuò)誤.提出問題，為什么測(cè)量時(shí)玻璃泡不能碰到容器底和容器壁？為什么要等示數(shù)穩(wěn)定再讀數(shù)？為什么不能拿出來讀數(shù)？學(xué)生討論后交流分享.

【學(xué)生活動(dòng)6】分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，先憑感覺估測(cè)3杯水的溫度，之后進(jìn)行測(cè)量.測(cè)量過程中教師巡視，拍攝學(xué)生錯(cuò)誤操作的照片.

交流評(píng)估：通過數(shù)據(jù)對(duì)比進(jìn)一步讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到估測(cè)并不準(zhǔn)確，并培養(yǎng)學(xué)生的估測(cè)能力，展示照片讓學(xué)生找出問題，進(jìn)一步強(qiáng)化操作規(guī)范.

【學(xué)生活動(dòng)7】閱讀教材了解各式各樣的溫度計(jì)：伽利略第一支氣體溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、體溫計(jì)、寒暑表、電子體溫計(jì)、紅外線測(cè)溫槍、紅外線熱成像儀等等，小組交流分享.

評(píng)析：學(xué)科知識(shí)是形成學(xué)科素養(yǎng)的載體，學(xué)科活動(dòng)是形成學(xué)科素養(yǎng)的渠道.在本環(huán)節(jié)中，教師提供了具有啟發(fā)性的學(xué)習(xí)情境，采用自主學(xué)習(xí)、合作探究等多種教學(xué)方式，設(shè)計(jì)活動(dòng)使學(xué)生有效開展實(shí)驗(yàn)探究，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐操作、情境體驗(yàn)和親身感悟，著力提升學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)能力.同時(shí)通過對(duì)溫室效應(yīng)的學(xué)習(xí)和分享，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注地球和人類的生存環(huán)境，關(guān)注環(huán)保節(jié)能，發(fā)揮物理的教育功能，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感.

3 結(jié)束語

總之，深度學(xué)習(xí)所倡導(dǎo)的就是激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)科學(xué)思維、培養(yǎng)自主的學(xué)習(xí)能力、提升解決實(shí)際問題的水平，從而全面發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).核心素養(yǎng)視角下的深度學(xué)習(xí)，我們還需不斷的實(shí)踐與探索，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).